樁基礎(chǔ)的發(fā)展已經(jīng)有了很久的歷史,一些很傳統(tǒng)的打樁工藝到目前為止還是在廣泛應用著,因為地質(zhì)的多樣性,地區(qū)的差異性,各種類型的樁還是能在不同地區(qū)得到應用,但樁基本身的發(fā)展是不斷的,隨著建筑的需求不斷的改變,樁基礎(chǔ)的發(fā)展也是與時俱進。目前樁基礎(chǔ)的發(fā)展主要往以下幾個方向發(fā)展:
1、樁的尺寸向長、大方向發(fā)展。
基于高層、超高層建筑物及大型橋主塔基礎(chǔ)等承載的需要,樁徑越來越大,樁長越來越長。歐美及日本的鋼管樁長度已達100m以上,樁徑超過2500mm;上海金茂大廈鋼管樁樁端進入地面下80m的砂層,樁徑為914.4mm;溫州地區(qū)靜壓式鋼筋混凝土預制樁長度已達70m以上,樁斷面600×600mm2;鄭州某工程反循環(huán)鉆成孔灌注樁直徑為1000~1100mm,樁長77.6m;廈門某大廈反循環(huán)鉆成孔灌注樁深度達103m;南京長江二橋主塔墩基礎(chǔ)反循環(huán)鉆成孔灌注樁直徑為3m,深度150m。
2、樁的尺寸向短、小方向發(fā)展。
基于老城區(qū)改造、老基礎(chǔ)托換加固、建筑物糾偏加固、建筑物增層以及補樁等需要,小樁及錨桿靜壓樁技術(shù)日趨成熟,應用廣泛。小樁又稱微型樁或IM樁,是法國索勒唐舍(SOLETANCHE)公司開發(fā)的一種灌注技術(shù)。小樁實質(zhì)上是直徑壓力注漿樁;樁徑為70~250mm(國內(nèi)多用250mm),長徑比大于30(國內(nèi)樁長多用8~12m,長徑比通常為50左右),采用鉆孔(國內(nèi)多用螺旋鉆成孔)、強配筋(配筋率大于1%)和壓力注漿(注漿壓力為1.0~2.5MPa)工藝施工。錨桿靜壓樁的斷面為200×200mm2~300×300mm2;樁段長度取決于施工凈空高度和機具情況,為1.0~3.0m,樁入土深度3~30m。
3、向低噪聲、低污染方向發(fā)展。
筒式柴油錘沖擊式鋼筋混凝土預制樁雖然具有樁身質(zhì)量較可靠、施工速度快及承載力高等優(yōu)點,但由于其施工時噪聲高、振動大和油污飛濺(三者統(tǒng)稱為一次公害)等缺點,在城區(qū)的住宅群及公共建筑群等場地施工中受到很大限制,為此靜壓實鋼筋混凝土預制樁施工技術(shù)在國內(nèi)得到業(yè)主的青睞。
最近二十多年來,靜壓樁在我國軟土地區(qū)(溫州、武漢及珠江三角洲等地區(qū))得到廣泛應用,靜壓樁基礎(chǔ)不僅適用于多層和一般高層建筑,還可用于20~35層高層建筑,壓樁機的生產(chǎn)和使用跨進了一個新時代。湖南山河智能機械股份有限公司生產(chǎn)的系列靜力壓樁機是新型的環(huán)保型建筑基礎(chǔ)施工設(shè)備,具有無污染、無噪聲、無振動、壓樁速度快、成樁質(zhì)量高等顯著特點,技術(shù)水平國際領(lǐng)先。有ZYJ(抱壓式)和ZYDJ(頂壓式)兩大系列,20多個品種,壓樁力從800~12000kN,采用靜壓法施工的樁長已達70m以上。實踐表明,用步履式全液壓靜力壓樁機施工開口預應力管樁(PC樁)和預應力高強度管樁(PHC樁)是樁機和樁型的優(yōu)化組合,也是具有中國特色的施工工法。
國外已顯現(xiàn)出用液壓打樁錘取代筒式柴油錘的趨勢。與筒式柴油錘相比,液壓打樁錘具有樁錘短、噪聲低、無油煙、省燃料、每一個工作循環(huán)中沉樁力持續(xù)時間長、打擊力大、每一次沖擊產(chǎn)生的樁貫入度較大等特點。
4、向攻克樁成孔難點方向發(fā)展。
以日本為例,成立由64家基礎(chǔ)公司組成的巖層削孔技術(shù)協(xié)會,研究開發(fā)出20余種大直徑巖層削孔工法,其中長螺旋鉆進成孔法3種,回轉(zhuǎn)鉆進成孔法5種,沖擊鉆進成孔法7種以及全套管回轉(zhuǎn)掘削孔法9種。國內(nèi)也有不少單位成功地研究開發(fā)出巖層鉆進成孔法及大三石層(大卵礫石層、大拋石層和大孤石層)鉆進成孔法。
5、向擴孔樁方向發(fā)展。
北京地區(qū)普通直徑鉆孔擴底灌注樁(樁身直徑0.3~0.4m,擴底直徑0.8~1.2m)的靜載試驗結(jié)果表明,與相同樁身直徑的直孔樁相比,前者極限荷載為后者的1.7~7.0倍,前者的單位樁體積的極限荷載為后者的1.4~3.0倍。大直徑鉆(挖)孔擴底樁具有承載力高、成孔后出土量少、承臺面積小等顯著優(yōu)點,在國內(nèi)外得到廣泛運用。我國的鉆孔擴底樁種類有20種以上,日本的大直徑鉆擴樁工法將近30種。
6、向異型樁方向發(fā)展。
為了提高單樁承載力(樁側(cè)摩阻力和樁端阻力)國內(nèi)外大量發(fā)展異型樁。廣義地說,異型樁包括橫向截面異化樁和縱向截面異化樁。
橫向截面從圓截面和方形截面異化后的樁型有三角形樁、六角形樁、八角形樁、外方內(nèi)圓空心樁、外方內(nèi)異形空心樁、十字形樁、X形樁、T形樁及壁板樁等。
縱向截面從棱柱樁和圓柱樁異化后的樁型有楔形樁(圓錐形樁和角錐形樁)、梯形樁、菱形樁、根形樁、擴底柱、多節(jié)樁(多節(jié)灌注樁和多節(jié)預制樁)、樁身擴大樁、波紋柱形樁、波紋錐形樁、帶張開葉片的樁、螺旋樁、從一面削尖的成對預制斜樁及DX擠擴灌注樁等。
7、向組合式工藝樁方向發(fā)展。
由于承載力的要求,環(huán)境保護的要求及工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件的限制等,采用單一工藝的樁型往往滿足不了工程要求,實踐中經(jīng)常出現(xiàn)組合式工藝樁。
例如,鉆孔擴底灌注樁有成直孔和擴孔兩個工藝;樁端壓力注漿樁有成孔成樁與成樁后向樁端地層注漿兩個工藝;預鉆孔打入式預制樁有鉆孔、注漿、插樁及輕打(或壓入)等工藝。
8、向多種樁身材料方向發(fā)展。
以灌注樁為例,樁身材料種類亦出現(xiàn)多樣化趨勢,普通混凝土、超流態(tài)混凝土、無砂混凝土、纖維混凝土、自流平混凝土及微膨脹混凝土等。打入式樁亦有組合材料樁,如鋼管外殼加混凝土內(nèi)壁的合成樁等。
所謂鉆孔壓灌超流態(tài)混凝土樁是用改裝后的長螺旋鉆機至設(shè)計深度;在提鉆的同時,通過鉆桿內(nèi)腔經(jīng)鉆頭上的噴嘴向孔底灌注一定數(shù)量的水泥漿;邊提升鉆桿邊用混凝土泵壓入超流態(tài)混凝土至略高于沒有塌孔危險的位置;提出鉆桿向孔內(nèi)放入鋼筋籠至樁頂設(shè)計標高;最后把超流態(tài)混凝土壓灌至樁頂設(shè)計標高而成樁。
9、向高強度樁方向發(fā)展。
隨著對打入式預制樁要求越來越高,諸如高承載力、穿透硬夾層、承受較高的打擊應力及快速交貨等要求,普通鋼筋混凝土樁(簡稱R.C樁,混凝土強度等級為C25~C40)已滿足不了上述要求,故預應力鋼筋混凝土樁(簡稱P.C樁,混凝土強度等級為C40~C80)和預應力高強度混凝土樁(簡稱P.H.C樁,混凝土強度等級不低于C80)使用越來越多。
最近十幾年來,我國管樁行業(yè)經(jīng)歷研制開發(fā)期、推廣應用期、調(diào)整發(fā)展期和快速發(fā)展期等四個時期。以珠江三角洲和長江三角洲為基地,由南向北,由東向西,沿海沿江沿湖,向內(nèi)陸地區(qū)健康而快速地發(fā)展,在產(chǎn)品品種和產(chǎn)量上均達到世界前列。具體地體現(xiàn)在:布局面廣;產(chǎn)品品種與規(guī)格齊全;生產(chǎn)技術(shù)成熟;國產(chǎn)化裝備和原材料完全滿足生產(chǎn)需要;配套應用技術(shù)日趨完善;應用領(lǐng)域不斷擴大;依靠技術(shù)進步求效益、求發(fā)展;質(zhì)量意識不斷強化,質(zhì)量保證體系日趨完善;企業(yè)向多元化規(guī)?;l(fā)展。
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